1. Encoding Information on the Excited State of a Molecular Spin Chain
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Di Wang, Ufuk Halisdemir, D. Spor, Bhavishya Chowrira, Daniel Lacour, Samy Boukari, K. Katcko, Martin Bowen, Arnaud Boulard, Victor Da Costa, L. M. Kandpal, Franck Ngassam, Damien Mertz, Eric Beaurepaire, Michel Hehn, Mebarek Alouani, C. Kieber, Torsten Scherer, François Montaigne, A. Bahouka, B. Leconte, E. Sternitzky, N. Beyer, Pierre Panissod, F. Schleicher, Jacek Arabski, E. Urbain, Wolfgang Weber, Christian Kübel, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institute of Nanotechnology [Karlsruhe] (INT), Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Institut Jean Lamour (IJL), Université de Lorraine (UL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IREPA LASER (IREPA LASER), Technical University Darmstadt (TU), ANR-16-CE06-0004,NECtAR,Interfaces réactives pour la conversion d'énergie nanofluidique(2016), ANR-09-JCJC-0137,SpinMarvel,Memristive Optospintronics(2009), ANR-14-CE26-0009,Spinapse,Spinapses OptoElectroniques Interconnectées(2014), ANR-11-LABX-0058,NIE,Nanostructures en Interaction avec leur Environnement(2011), ANR-06-NANO-0033,SPINORGA,Transport polarise en spin dans des heterostructures metal ferromagnétique / molecule metalo-organique(2006), Lacour, Daniel, Interfaces réactives pour la conversion d'énergie nanofluidique - - NECtAR2016 - ANR-16-CE06-0004 - AAPG2016 - VALID, Jeunes chercheuses et jeunes chercheurs - Memristive Optospintronics - - SpinMarvel2009 - ANR-09-JCJC-0137 - JCJC - VALID, Appel à projets générique - Spinapses OptoElectroniques Interconnectées - - Spinapse2014 - ANR-14-CE26-0009 - Appel à projets générique - VALID, Nanostructures en Interaction avec leur Environnement - - NIE2011 - ANR-11-LABX-0058 - LABX - VALID, Programme National en Nanosciences et Nanotechnologies (PNANO) - Transport polarise en spin dans des heterostructures metal ferromagnétique / molecule metalo-organique - - SPINORGA2006 - ANR-06-NANO-0033 - PNANO - VALID, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Technische Universität Darmstadt - Technical University of Darmstadt (TU Darmstadt), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), and Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
- Subjects
Materials science ,Spin states ,Magnetoresistance ,02 engineering and technology ,01 natural sciences ,7. Clean energy ,[PHYS] Physics [physics] ,Spin chain ,Quantum technology ,Biomaterials ,Quantum state ,0103 physical sciences ,Electrochemistry ,Information encoding ,010306 general physics ,Magnetic anisotropy ,Spin-½ ,[PHYS]Physics [physics] ,Condensed matter physics ,Spintronics ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Condensed Matter Physics ,Electronic, Optical and Magnetic Materials ,Excited state ,Condensed Matter::Strongly Correlated Electrons ,0210 nano-technology ,Ground state - Abstract
International audience; The quantum states of nano-objects can drive electrical transport properties across lateral and local-probe junctions. This raises the prospect, in a solid-state device, of electrically encoding information at the quantum level using spinflip excitations between electron spins. However, this electronic state has no defined magnetic orientation and is short-lived. Using a novel vertical nanojunction process, these limitations are overcome and this steady-state capability is experimentally demonstrated in solid-state spintronic devices. The excited quantum state of a spin chain formed by Co phthalocyanine molecules coupled to a ferromagnetic electrode constitutes a distinct magnetic unit endowed with a coercive field. This generates a specific steady-state magnetoresistance trace that is tied to the spin-flip conductance channel, and is opposite in sign to the ground state magnetoresistance term, as expected from spin excitation transition rules. The experimental 5.9 meV thermal energy barrier between the ground and excited spin states is confirmed by density functional theory, in line with macrospin phenomenological modeling of magnetotransport results. This low-voltage control over a spin chain's quantum state and spintronic contribution lay a path for transmitting spin wave-encoded information across molecular layers in devices. It should also stimulate quantum prospects for the antiferromagnetic spintronics and oxides electronics communities.
- Published
- 2021
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